水力学
水力学基本概念
目录绪论：1第一章：水静力学1第二章：液体运动的流束理论3第三章：液流形态及水头损失3第四章：有压管中的恒定流5第五章：明渠恒定均匀流5第六章：明渠恒定非均匀流6第七章：水跃7第八章：堰流及闸空出流8第九章：泄水建筑物下游的水流衔接与消能9第十一章：明渠非恒定流10第十二章：液体运动的流场理论10第十三章：边界层理论11第十四章：恒定平面势流11第十五章：渗流12第十六章：河渠挟沙水流理论基础12第十七章：高速水流12绪论：1 水力学定义：水力学是研究液体处于平衡状态和机械运动状态下的力学规律，并探讨利用这些规律解决工程实际问题的一门学科。
b5E2RGbCAP2 理想液体：易流动的，绝对不可压缩，不能膨胀，没有粘滞性，也没有表面张力特性的连续介质。
3 粘滞性：当液体处在运动状态时，若液体质点之间存在着相对运动，则质点见要产生内摩擦力抵抗其相对运动，这种性质称为液体的粘滞性。
可视为液体抗剪切变形的特性。
<没有考虑粘滞性是理想液体和实际液体的最主要差别）p1EanqFDPw4 动力粘度：简称粘度，面积为1m2并相距1m的两层流体，以1m/s做相对运动所产生的内摩擦力。
5 连续介质：假设液体是一种连续充满其所占空间毫无空隙的连续体。
6 研究水力学的三种基本方法：理论分析，科学实验，数值计算。
第一章：水静力学要点：<1）静水压强、压强的量测及表示方法；<2）等压面的应用；<3）压力体及曲面上静水总压力的计算方法。
DXDiTa9E3d7 静水压强的两个特性：1）静水压强的方向与受压面垂直并指向受压面2）任一点静水压强的大小和受压面方向无关，或者说作用于同一点上各方向的静水压强大小相等。
RTCrpUDGiT8 等压面：1）在平衡液体中等压面即是等势面2）等压面与质量力正交3）等压面不能相交4）绝对静止等压面是水平面5）两种互不相混的静止液体的分界面必为等压面6）不同液体的交界面也是等压面5PCzVD7HxA9 静水压强的计算公式：p=p0+10 绕中心轴作等角速度旋转的液体：11 绝对压强：以设想没有大气存在的绝对真空状态作为零点计量的压强，称为绝对压强。
水力学知识点总结
水力学知识点总结1. 水的基本性质水是自然界中非常重要的物质，它具有一系列独特的物理、化学性质。
如水的密度、粘度、表面张力等重要性质对水力学研究有着重要的影响。
2. 水动力学水动力学是研究流体的运动规律及其与物体之间的相互作用的科学。
水动力学是水力学的基础，分为静水力学和流体力学。
静水力学研究静止的流体，而流体力学则研究流体的运动。
3. 流体静力学流体静力学是研究静止流体中的压力、浮力和力的平衡问题。
在水力学中，流体静力学主要用于水库、坝体等结构的压力分析。
4. 流体动力学流体动力学是研究流体运动及其产生的压力、阻力以及对物体的作用力。
在水力学中，流体动力学主要应用于河流、渠道等流体动力学性质的研究。
5. 流态力学流体力学是研究流体运动状态与性质的学问。
在水力学中，流态力学主要应用于分析水流的速度、流量、流向、涡流情况等。
6. 水流的稳定性水流的稳定性是水力学中的重要概念，它指的是水体流动时所产生的稳定的流态特性，包括流态的平稳性、安定性和可操作性等。
7. 水力工程水利工程是利用水资源进行灌溉、供水、发电等利用的工程。
水利工程设计要考虑水力学的各种知识，如水流的稳定性、水利工程的结构和设备等方面。
8. 水道工程水道工程是为了改善河流、渠道等水道的通航、排涝等目的的工程项目。
在水道工程设计中，水力学知识对水流速度、水位变化、水力坡等方面有着重要影响。
9. 水电站在水力学中，水电站是一个重要的应用领域。
水力功率的计算、水轮机的设计、水库的水位控制等都需要水力学知识。
10. 河流水文学河流水文学是研究河流的水文特性、水位变化规律、涨落情况等方面的科学。
水文学是水力学中应用最广泛的一个分支，水利工程、水资源评价等方面都需要水文学的知识。
11. 液压机械液压机械是以流体静力学和流体动力学的理论为基础，利用液体作为传动介质的机械装置。
水力学的理论基础对液压机械的设计、制造和使用都有着重要的影响。
12. 水资源评价水力学的知识还被应用于水资源评价领域，通过水文学、水文模型等方法来评价水资源的分布、利用、保护等问题。
水力学知识点讲解
水力学第一章绪 论(一)液体的主要物理性质1．惯性与重力特性：掌握水的密度ρ和容重γ；2．粘滞性：液体的粘滞性是液体在流动中产生能量损失的根本原因。
描述液体内部的粘滞力规律的是牛顿内摩擦定律 :注意牛顿内摩擦定律适用范围：1)牛顿流体， 2)层流运动 3．可压缩性：在研究水击时需要考虑。
4．表面张力特性：进行模型试验时需要考虑。
下面我们介绍水力学的两个基本假设： (二)连续介质和理想液体假设1．连续介质：液体是由液体质点组成的连续体,可以用连续函数描述液体运动的物理量。
2．理想液体：忽略粘滞性的液体。
（三）作用在液体上的两类作用力第二章 水静力学水静力学包括静水压强和静水总压力两部分内容。
通过静水压强和静水总压力的计算，我们可以求作用在建筑物上的静水荷载。
（一）静水压强：主要掌握静水压强特性,等压面,水头的概念，以及静水压强的计算和不同表示方法。
1．静水压强的两个特性：（1）静水压强的方向垂直且指向受压面（2）静水压强的大小仅与该点坐标有关，与受压面方向无关，2.等压面与连通器原理：在只受重力作用,连通的同种液体内, 等压面是水平面。
(它是静水压强计算和测量的依据）3．重力作用下静水压强基本公式（水静力学基本公式）p=p 0+γh 或 其中 ： z —位置水头，p/γ—压强水头（z+p/γ）—测压管水头请注意，“水头”表示单位重量液体含有的能量。
4．压强的三种表示方法：绝对压强p ′，相对压强p ， 真空度p v , ↑ 它们之间的关系为：p= p ′-p a p v =│p │（当p ＜0时p v 存在）↑相对压强:p=γh,可以是正值，也可以是负值。
要求掌握绝对压强、相对压强和真空度三者的概念和它们之间的转换关系。
1pa(工程大气压)=98000N/m 2=98KN/m2下面我们讨论静水总压力的计算。
计算静水总压力包括求力的大小、方向和作用点，受压面可以分为平面和曲面两类。
根据平面的形状：对规则的矩形平面可采用图解法，任意形状的平面都可以用解析法进行计算。
水 力 学 绪论
模型试验
当实际水流运动复杂，而理论分析困 难，无法解决实际工程的水力学问题时采 用。
指在实验室内，以水力相似理论为指 导，把实际工程缩小为模型，在模型上预 演相应的水流运动，得出模型水流的规律 性，再把模型试验成果按照相似关系换算 为原型的成果以满足工程设计的需要。
系统试验
在实验室内，小规模的造成某种水 流运动，用已进行系统的实验观测，从 中找到规律。
水
力
学
的
主
要
任 务
3.分析水流流动的形态。譬如修建一栏 河坝形成水库，需要计算上游河道中水
面的壅水长度，从而计算淹没范围，这
些都需要掌握水流的运动规律。
4.水能利用和消能问题。
水 力
供水系统中
学 的水箱、水塔
的 主 要
都建的很高， 根据能量方程
任 将位能或压能
务 转化为动能。
当水流从泄水孔泄到下游时，由于具
液体中的一切物理量都可以视为空 间坐标和时间的连续函数，因此可采用 连续函数的分析方法。
长期的生产和科学实验证明：利 用连续介质假定所得出的有关液体运 动规律的基本理论与客观实际是十分 符合的。
§0.3 液体的主要物理性质
➢ 惯性、质量与密度 ➢ 万有引力特性、重力与容重 ➢ 粘滞性 ➢ 压缩性 ➢ 表面张力
du dy
称为流速梯度，
是单位面积上的内摩擦力（切应力）。
作层流运动的液体，相互邻近层间单位面积
上所作用的内摩擦力（或粘滞力），与流速梯 度成正比，同时与液体的性质有关。
d tan( d ) dudt
dy
du d
dy dt
d
dt
液体的粘滞切应力与剪切变形速度成正比。
粘度
水力学ppt课件
在流体中注入染色剂，形成的染色 质点在流动过程中描绘出的曲线。 染色线可以直观地显示流动状况。
一维流动和二维流动特点分析
一维流动
流动参数仅沿一个坐标方向变化，其 他两个坐标方向上的变化可忽略不计 。一维流动具有简单的流动特性和明 确的数学描述。
二维流动
流动参数沿两个坐标方向变化，另一 个坐标方向上的变化可忽略不计。二 维流动比一维流动复杂，但仍可采用 适当的数学方法进行描述和分析。
经验总结
结合实例分析，总结泄水建筑物设计的经验和教训，提出改进和优化 建议。
谢谢聆听
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目录
• 水力学基本概念与原理 • 流体静力学分析 • 流体动力学基础知识 • 管内流动与损失计算 • 明渠恒定均匀流与非均匀流分析 • 堰流、闸孔出流和泄水建筑物设计
原理
01 水力学基本概念与原理
水力学定义及研究对象
水力学的定义
研究液体在静止和运动状态下的 力学规律及其应用的科学。
非均匀流现象描述
在明渠中，若水流运动要素沿程发生变化，则称为非均匀流。非均匀流可表现为水面波动、流速分布不均等现象 。
分类方法
根据非均匀流产生的原因和表现形式，可将其分为渐变流和急变流两类。渐变流是指水流要素沿程逐渐变化，而 急变流则是指水流要素在较短时间内发生显著变化。
明渠恒定非均匀流水面曲线变化规律探讨
03
特性比较
恒定流具有稳定的流动特性，便于分析和计算；非恒定 流的流动特性复杂多变，需要采用动态分析方法。
流线、迹线和染色线概念辨析
流线
在某一瞬时，流场中每一点都与 速度矢量相切的曲线。流线反映 了该瞬时流场中速度的分布状况
。
迹线
某一质点在流动过程中不同时刻所 在位置的连线。迹线反映了该质点 在流动过程中的运动轨迹。
水力学基本知识
第一章水力学基本知识1.惯性：具有维持它原有运动状态的特性、质量越大，运动状态越难改变，因而惯性越大2.单位体积内液体所具有的重量称为该液体的容重（重度）3.内摩擦力f=黏滞力4.谬u：动力粘滞系数与液体性质有关5.u液体表面与底面流速差6.液体粘滞性还可用运动粘滞系数v表示v=谬u/破p7.压缩性：液体不能承受拉力，可以承受压力。
液体受压缩后体积缩小，密度增加，同时液体内部会产生压力抵抗压缩变形，这种性质被称为液体的压缩性；压力解除后消除变形，恢复原状，这种性质称为液体弹性8.表面张力：表面张力仅在液体表面存在，液体内部不存在9.连续介质假说：假设液体是一种连续充满其所占据空间毫无间隙的连续体，水力学所研究的液体运动是连续介质的连续运动10.理想液体概念：水是不可被压缩，没有粘滞性，没有表面张力的连续介质11.质量力：常见的重力和惯性力皆属于质量力，单位质量液体所受的质量力为单位质量力m第二章水力静学1.等压面：静止液体中凡压强相等的各点连接起来组成的面（平面或曲面）称为等压面2.等压面重要性质：作用于静止液体上任意一点的质量力必须垂直于通过该点的等压面3.重力液体的等压面是重力加速度g互相垂直的曲面4.所以平衡液体的自由表面是等压面，即液体静止时的自由表面是水平面，静止液体中两种不同液体的分界面是等压面5.等压面概念：相连通的两种液体6.绝对压强：以设想没有大气存在的绝对真空状态作为零点计量的压强7.相对压强：把当地大气压作为零点计量的压强8.p’绝对压强p相对压强Pa当地大气压强9.Yh为液体自重产生压强，与水呈线性关系，沿水深的压强分布图为直角三角形10.压强分布图中各点压强方向恒垂直指向作用面，两受压面交点处的压强具有各向等值性11.z—位置高度，即计算点距计算基准面的高度，称位置水头12.p/y—压强高度测压管中水面至计算点的高度，称压强水头13.z+p/y—测压管中水面至计算点的高度，称测压管水头（单位重量液体的势能，简称单位势能）第三章水力学基础1.迹线：是单个液体质点在某一时间段内的运动轨迹线2.流线：是在某一瞬时的空间流场中，表示各质点流动方向的曲线流线上所有各点在该瞬时的厉害矢量都和该流线相切，流线不能相交和转折3.元流，总流，过水断面：充满微小流管内的液体称为元流；充满流管内的液体称为总流，总流是无数元流的总和；与元流或总流中所有流线相正交的截面称为过水断面4.流量：单位时间内通过某一过水断面的液体体积5.恒定流，非恒定流：所有水流运动要素均不随时间变化的液流称恒定流；水流任一运动要素随时间变化的液流称非恒定流6.无压流，有压流：凡过水断面的部分周线为自由表面的液流称为无压流；凡过水断面的全部周线均于固体壁面相接触的液流称为有压流7.毕托管：一种测量液体点流速的仪器8.文丘里管：测量管道中液体流量的常用仪器9.雷诺数：表征了惯性力与黏滞力的比值雷诺数Rek≈2300是一个相当稳定的数值10.层流底层：液体作紊流运动时，紧邻壁面液体层的流速很小，流速梯度很大，黏滞力处于主导地位，且质点的横向混掺受到很大约束，因此总存在有保持层流流动的薄层，称为层流底层11.紊流切应力：在紊流中的水流阻力除了粘性阻力t1外，液体质点混参和运动量交换还将产生附加的切应力t2，简称紊流的附加应力12.重力流，无压流：明渠中水流是直接依靠重力作用而产生的，称重力流；同时它具有自由表面，相对压强为零，故称为无压流13.明渠均匀流形成条件①必须是顺坡渠道i>0并在较长一段距离保持不变②必须是长而直的棱柱形渠道③渠道表面的糙率n应沿程不变④渠道中的水流应是恒定流14.水力最佳断面：矩形渠道水力最佳断面的底宽为水深的两倍即水力半径为水深的1/215.水文资料应有以下四性①可靠性②代表性③独立性④一致性16.水位观测：水位是河流最基本的水文要素12.我国统一规定用青岛验潮站的黄海平均海平面作为水准基面17.水位观测通常用水尺和自记水位计，水尺读数加水尺零点高程就是水位18.水文调查：步骤是先建立水文断面，通过洪水调查，确定各种洪水位和洪水比降，进而确定水文断面的流速和流量19.洪水调查：访问调查洪痕调查20.其他调查：其他调查主要有冰凌调查和既有涉河工程调查21.堰流和堰：在明渠流中，为控制水位或控制流量而设置构筑物，使水流溢过构筑物的流动称为堰流，该构筑物称为堰22.堰水力特性：①堰的上游水流受阻，水面壅高，势能增大;在堰顶上由于水深变小，流速变大，使动能增大，在势能转化为动能过程中，水面有下跌的现象。
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水力学基础概念[整理版]目录绪论: .................................................................... .......................... 2 第一章:水静力学...................................................................... ....... 2 第二章:液体运动的流束理论 ........................................................... 3 第三章:液流形态及水头损失 ........................................................... 4 第四章:有压管中的恒定流............................................................... 5 第五章:明渠恒定均匀流 (6)第六章:明渠恒定非均匀流............................................................... 7 第七章:水跃...................................................................... .............. 8 第八章:堰流及闸空出流 (9)第九章:泄水建筑物下游的水流衔接与消能 .................................... 10 第十一章:明渠非恒定流 (11)第十二章:液体运动的流场理论...................................................... 11 第十三章:边界层理论....................................................................12 第十四章:恒定平面势流 (13)第十五章:渗流 ..................................................................... ......... 13 第十六章:河渠挟沙水流理论基础 .................................................. 14 第十七章:高速水流 ..................................................................... .. 14绪论:1 水力学定义:水力学是研究液体处于平衡状态和机械运动状态下的力学规律，并探讨利用这些规律解决工程实际问题的一门学科。
水力学课件
第一章 绪论
§1-2 液体的连续介质模型
一、概念的建立
流体由不连续分布的大量分子组成
10-6 mm3 空气中含有大约2.71010个分子； 10-6 mm3 水中含有大约3.31013个分子。 1、概念：液体是没有空隙的，液体质点完全充满所占的空间。
Px Pn cos(n, x) F x 0 Py Pn cos(n, y) F y 0 Pz Pn cos(n, z) F z 0
Z D Pn Px A Py C
O B Pz X
Y
第一式中
P cos(n, x) p • s •cos(n, x)
n
n
p • 1 y • z
n2
第二章 水静力学
Z D Pn Px A Py C
O B Pz X
Y
第二章 水静力学
四面体的体积 V为
Z D Pn Px A Py
V
1
6
x
•
y
•z
C
O B Pz X
Y
总质量力在三个坐标方向的投影为
Fx
1 6
•
x • y
• z X
Fy
1 6
•
x • y
• z Y
Fz
1 6
•
x • y
• z
Z
第二章 水静力学
按照平衡条件，所有作用于微 小四面体上 的外力在各坐标轴 上投影的代数和应分别为零
p n
第二章 水静力学
这样我们可以得到：
p x
p y
p z
p n
上式表明任一点的静水压强 p是
水力学
第一章 水静力学
1.1 静水压强及其特性
静止液体作用在每单位受压面积上的压力称为静水压 ），也称为帕斯卡 Pa）。 也称为帕斯卡（ ）。某点的 强，单位为（N/ m2），也称为帕斯卡（Pa）。某点的 单位为（
水 力 学 讲 义
静水压强p可表示为： 静水压强p可表示为：
p = lim
∆A→ 0
∆P ∆A
h =
γ
水 力 学 讲 义
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
－－－－即用液柱的高度表示某点的压强， －－－－即用液柱的高度表示某点的压强，这是压强表 即用液柱的高度表示某点的压强 示的另一种方法，也是用测压管量测某点压强的依据。 示的另一种方法，也是用测压管量测某点压强的依据。 当液体中某点的绝对压强小于当地大气压强， 当液体中某点的绝对压强小于当地大气压强，该点的相 对压强为负值，则称该点存在真空。 对压强为负值，则称该点存在真空。负压的绝对值称为 真空压强hυ hυ， 真空压强hυ，即
第一章 水静力学
1.6 压强的测量和计算
测量液体的压强，可以用压力表、 测量液体的压强，可以用压力表、压力传感器等 量测仪器，也可用水静力学原理设计的测压管、 量测仪器，也可用水静力学原理设计的测压管、比压 型水银测压计等量测仪器和方法。 计、U型水银测压计等量测仪器和方法。
水 力 学 讲 义
例题分析如图：静水压强的量
hυ =
pυ
γ
=−
p
γ
=
pa − p'
γ
第一章 水静力学
请注意： 请注意：
绝对压强永远是正值， 绝对压强永远是正值，相对压强可正也可 真空压强（真空度）不能为负值。 负，真空压强（真空度）不能为负值。 水 力 学 讲 义
水力学
常常忽略流速水头的影响，则总水头线与测压管 水头线重合。 （3）在等直径均匀流条件下，流速沿程不变，测 压管水头线与总水头线相互平行。 （4）如果系统中有水泵，发生机械能的输入，水 头线会突然的上升，总水头线的上升幅度就是 水泵的扬程。
4.恒定流连续性方程
根据质量守恒定律可以导出没有分叉的不 可压缩液体一维恒定总流任意两个过水断面的 连续性方程有下列形式。
1.5 水头和单位势能
重力作用下静水压强基本公式可表示为：
z----位置水头；单位位能。 p/γ ----压强水头；单位压能。 z+p/γ ----测压管水头；单位势能。 z+p/γ=C ----测压管水头等于常数；静止液体内各点的单
位势能相等。
因此，水静力学基本方程也可表述为：静止液体 中各点的测压管水头是常数。该方程反映了静止液体 中的能量分布规律。
上式说明：任意两个过水断面的平均流速与过水断 面的面积成反比。
对于有分叉的恒定总流，连续性方程可以表示为：
连续性方程是一个运动学方程，它没有涉及作用力 的关系，通常应用连续方程来计算某一已知过水断面的 面积和断面平均流速或者已知流速求流量，它是水力学 中三个最基本的方程之一。
5.恒定流能量方程
5.1 恒定总流能量方程式 实际流体恒定总流的能量方程（对单位重流
式中： ——流体密度 g ——重力加速度 V ——浸没于流体中的物体体积
1.8 潜、浮物体平衡与稳定
潜体在倾斜后恢复其原来平衡位置的能力，称为潜 体的稳定性。按照重心C和浮心D在同一铅垂线上的相对 位置，有以下三种可能
1、重心C位于浮心D之下，潜体如有倾斜，重力G 与浮力F形成一个使潜体恢复原来平衡位置的转动力矩， 使潜体能恢复原位，这种情况的平衡为稳定平衡。
水力学整理
一、是非题1、不同液体的粘滞性并不相同，同种液体的粘滞性是个常数。
随温度变化（×）2、曲面壁上静水总压力的竖直分力等于压力体的液体重量。
（√）3、在非均匀流里，按流线的弯曲程度又分为急变流与渐变流。
（√）4、运动水流的测压管水头线可以沿程上升，也可以沿程下降。
总水头线总是下降（√）5、明渠过水断面上流速分布不均匀是由于液体粘滞性和边壁阻力造成的。
（√）6、长管的作用水头全部消耗在沿程水头损失上。
（√）7、水跃是明渠流从缓流过渡到急流的一种渐变水力现象。
（×）8、薄壁堰、实用堰和宽顶堰的淹没条件相同。
（×）9、当2slTa≤时发生的水击为直接水击，而2slTa>为间接水击。
（√）10、渗流模型中，某断面的渗流流量比该断面实际流量小。
（×）1、在连续介质假设的条件小，液体中各种物理量的变化是连续的。
（√）2、相对压强可以大于、等于或小于零。
（√）3、紊流可以是均匀流，也可以是非均匀流。
（√）4、谢才系数C的单位是m （×）5、在渗流模型中，任意一微小过水断面的平均渗流流速u应比该断面实际渗流的真实断面平均流速u小。
（√）6、均匀缓流只能在缓坡上发生，均匀急流只能在陡坡上发生。
（√）7、公式22fl vhd gλ=既适用于层流，也适用于紊流。
（√）8、串联长管道各管段的水头损失可能相等，也可能不相等。
（√）9、其它条件相同时，实用堰的流量系数大于宽顶堰的流量系数。
（√）10、局部水头损失系数可以用尼古拉兹的试验图来分析说明其规律。
（×）1.重度与容重是同一概念。
（√）2.汽化温度随压强的降低而降低。
（X ）3.均匀流上两断面测压管水头差等于它们之间的水头损失。
（×）4.在同一水平轴线且无分流的串联管道中，流速大，则压强小。
（√）5.在连通的同种液体中，任一水平面都是等压面。
（×）6.不同过水断面上的测压管水头一般不相等。
水力学整理版
水力学整理版第1章绪论1水力学的研究对象以水为代表的液体的均衡和机械运动的规律及其在工程中的应用领域。
包括：水静力学水动力学2液体流动的基本特征（自己整理）物质的三态（固体、液体、气体）3连续介质假定假设液体质点之间没空隙，液体质点已连续充满著所占到的空间，其物理性质和运动要素都就是已连续原产的。
水力学中认为液体是易流动、不可压缩、均匀等向的连续介质。
4国际单位制（si）和工程单位制1.量纲和单位量纲：表示物理量性质的属性。
如：长度[l]，时间[t]，质量[m]，力[f]分为基本量纲和诱导量纲两种单位：量度各种物理量数值大小的标准。
例如：长度需用mm,m,km等则表示。
αβγ任何一个物理量的量纲需用三个基本量纲的指数乘积去则表示：[x]=[ltm]5国际单位制和工程单位制的差别和换算关系差别：选好的基本量纲相同，从而诱导量纲相同国际单位制度（si）:基本量纲选[l]、[t]、[m]诱导量纲：如果长度、时间、质量的单位采用：m、s、kg,则：力的单位：kgm/s2工程单位制：基本量纲选[l]、[t]、[f]诱导量纲：如果长度、时间、力的单位采用：m、s、kgf,则：质量的单位：kgfs2/m6液体的主要物理性质1.惯性、质量和密度设液体质量为m,加速度为a，则惯性力为f=-ma液体单位体积内所具备的质量称作密度，用ρ则表示。
均质液体：ρ=m/v非均质液体：??lim?m?v?0?v2.万有引力、重量、土壤湿度物体之间相互具有的吸引力称为万有引力。
地球对物体的引力称为重力（或重量g）g=mg液体单位体积内所具有的重量称为容重，用γ表示。
均质液体：γ=g/v 非均质液体：??lim?g?v?0?v3.粘滞性和粘滞系数在运动状态时，液体质点之间或流层之间就存有相对运动，此时，液体质点之间或流层之间会抗拒相对运动而产生质点之间的内摩擦力，内摩擦力做功而消耗有效机械能。
液体的这种特性称为粘滞性。
表征液体粘滞性质的系数称为粘滞系数。
水力学
水力学三大假设：连续性介质、不可压缩性、理想液体（无粘性）假定作用在液体上的力：表面力、质量力牛顿内摩擦定律：静水压强：切去一部分静止液体，作用面面积为，作用力为△P，测当面积缩小到一点时，平均压强△P/△W的极限值定义为该点的静水压强特点：它的方向和作用面的内法线方向一致；任意一点上各个方向的静水压强的大小相等表示：绝对压强、相对压强、真空值等压面：液体中压强相等的各点所组成的面叫。
静力学基本方程：迹线与流线：描述液体运动方法：1、研究个别液体质点在不同时刻的运动情况2、描述同一时刻液体质点在不同空间点的运动情况运动水流方法：拉拉塑回法（质点）；欧拉法流线的特性：1、一条光滑的曲线2、在同一时刻流场中两条流线不会相交（否则质点在同一时刻有两个不同方向的速度）3、通过流场中不同一点在不同时刻所绘出的流线是不同的过水断面：与元流或总流的流线相互垂直的横断面流量：单位时间内通过某一过水断面的液体数量断面平均流速：它是一个假想的流速，假象过水断面上各个点的流速都相等于v，此时通过的流量与实际流速分布不均匀时通过的流量相等，侧流速v称为断面平均流速（非）均匀流：当流场中的所有流线(不是）是相互平行的直线是该流动称为(非)均匀流。
渐变流：当流场中的流线索然不是相互平行的直线，但几乎近似于平行的直线的流动称为渐变流。
若水流的流线之间夹角很大或流线弯曲较大——急变流水流阻力水头损失：原因：1、液体具有年粘滞性，由于液体的粘滞性以及固壁边界引起的过水断面上水流分布不均匀所导致的横向速度梯度，从而使水流存在摩擦阻力，而液体运动客服摩擦阻力所消耗一部分能量：2、固体边界的影响，由于液体粘滞性、边界条件变化以及其他原因使液流中产生漩涡，改变了水流内部结构这样水流中质点间产生相对云动，并进行势能和动能的转化，这个过程中有一部分机械能转化为热能照成机械能损失。
水头损失分类：沿程水头损失、局部水头损失明渠均匀流的水力学特性：1、过水断面个形状、尺寸及水深沿程不变，过水断面的速度的大小方向及分布不变，因此平均水流v/动能修正系数a/、动量修正系数b沿程不变2、由于流线为平行线所以过水断面上压强满足静水压强分布规律（测压管水头）3、总水头为平行于水面的直线：水深流程不变，水面线平行于底坡，所以水头坡度J/测压管水头先坡度Jp、渠底坡度i三个坡度相等。
水力学
一、绪论水力学是研究液体机械运动规律及其实际应用的一门科学。
水的基本特性：易流动性、不易压缩性、均匀等向性1、液体的连续介质模型概念；假设液体是一种充满其所占据空间毫无间隙的连续体。
2、熟记工程中水的密度及容重数值：密度：ρ=M／V 量纲[M／L³] 国际单位㎏／m³容重又称重度：γ=Mg／V=ρg 量纲[M／L²T²] 国际单位N／m³工程计算中，采用在一个标准大气压性爱，温度为4℃时的纯净水的密度来计算，ρ=1000㎏／m³，容重γ=9.80kN／m³3、理想液体的概念，液体的粘滞性及牛顿内摩擦定律理想液体：指没有粘性、不可压缩液体粘滞性：当液体处于运动状态下，若液体质点之间存在相对运动，则质点间要产生内摩擦力抵抗其相对运动，这种性质称为液体的粘滞性或简称粘性，此内摩擦力又称为粘滞力牛顿内摩擦定律：4、作用在液体上的力:表面力和质量力二、水静力学1、理解静水压强的定义及特性概念静水压强的两个重要特性：1、静水压强方向与作用面的内法线方向重合；（静水压强的作用方向只能是指向并垂直其受压面）2、静水液体中某一点静水压强的大小与作用面的方位无关，或者说作用与同一点各方向的静水压强的大小相等。
2、掌握水静力学的基本方程；重力作用下的水静力学基本方程p1／γ+z1=p2／γ+z2水精力基本方程的常用表达式p=p0+γh3、熟记一个工程大气压的各种表示方法及数值；4、掌握真空值、真空度、测压管高度、测压管水头等基本概念及其计算公式。
5、重点掌握作用在平面上的静水总压力的计算方法（含大小、方向、作用点）；作用在平面上静水总压力的方向是指向并垂直受压面，即受压面的内法线方向大小：P=pc A作用点：（静水总压力的作用点又称压力中心）yD=yC+Jc／yc A三、水动力学基础1、掌握液体的运动要素及研究流体运动的若干基本概念运动要素:流速、加速度、动水压强2、描述液体的运动的两种方法概念：拉格朗日法、欧拉法拉格朗日法着眼于液体各质点的运动情况，追踪每一质点，研究各质点的运动情况来获得整个液体运动的规律。
水力学全套课件
明渠流动状态及判别标准
流动状态
明渠流动根据弗劳德数$Fr$的大小，可分 为缓流、临界流和急流三种状态。
VS
判别标准
当$Fr < 1$时，为缓流状态；当$Fr = 1$ 时，为临界流状态；当$Fr > 1$时，为急 流状态。其中，$Fr = frac{V}{sqrt{g times h}}$，$g$为重力加速度，$h$为水 深。
重力作用下液体平衡的应用 用于求解液体内部任一点的压强、等压面的形状等问题。
液体的相对平衡
液体的相对平衡的概念
当液体内部某点的压强发生变化时，其周围各点的压强也会相应 变化，但液体仍能保持平衡状态。
液体相对平衡的原理
基于帕斯卡原理，即密闭容器内液体任一点的压强变化将等值地传 递到液体各点。
液体相对平衡的应用
注意事项
需考虑管道阻力、水泵扬程和节点流量等因素对网络水力 计算的影响。同时，对于大型复杂的网络系统，可能需要 借助专业的水力计算软件进行求解。
06
明渠恒定流
明渠流动的特点与分类
特点
明渠流动是液体在重力作用下，具有自由表面的流动；流动过程中，液体质点不断 与空气接触并交换能量。
分类
根据流动状态，明渠流动可分为均匀流和非均匀流；根据水力要素是否随时间变化， 可分为恒定流和非恒定流。
用于解释和计算液体内部压强的变化、传递等问题。
液体作用在平面上的总压力
液体作用在平面上的总压力的概念
液体作用在某一平面上的合力称为总压力。
总压力的计算方法
通过求解液体对平面的压强分布积分得到总压力。
总压力的应用
用于计算液体对容器壁、闸门等结构的作用力。
液体作用在曲面上的总压力
01
水力学第一章
第一章绪论第一节水力学的任务及其发展概况一、水力学的定义1.水力学的定义水力学是研究液体的平衡和机械运动规律及其实际应用的一门学科，是力学的一个重要分支。
1.1 对象：液体，以水为代表，又如，石油等1.2 内容：（1）液体平衡和机械运动规律（宏观的，非微观的运动）（2）在工程（水利工程等领域）上应用（用于人类改造自然的活动）注：实验在在哲学上属于实践的范畴其成果是检验水力学理论的唯一标准理论分析1.3方法：数值计算实验研究理论分析：将普遍规律、公理，如：牛顿定律、能量守恒原理、力系的平衡定律、动能定律、动量定律等用于液体分析中，建立液体微分方程、积分方程，优化方程，结合边界条件、限定条件求解。
数值计算：利用计算机技术，数值求解描述液体运动的微分方程、积分方程等，得到问题的数值解。
实验研究：对有关问题进行物理模型实验。
理论分析、数值计算和实验研究结合。
1.4课程性质技术基础课（介于基础课和专业课）要求学过的课程有：高等数学包括：微分（偏导数、导数）、积分（曲面积分、定积等）、泰勒展开式、势函数、微分方程。
理论力学包括：达朗贝尔原理、能量守恒定律、动能定律、动量定律。
材料力学包括：变形概念、平行移轴定律、惯性矩、惯性积等。
二、水力学的起源和发展1. 古代中国水力学发展几千年来，水力学是人们在与水患作斗争发展生产的长期过程中形成和发展起来的。
相传四千多年前（公元前2070，夏左右）大禹治水他采用填堵筑堤,疏通导引方法，治理了黄河和长江。
例如，《庄子·天下篇》所说，大禹“堙（yin）洪水，决江河，而通四夷九州”，治理了“名川三百，支川三千，小者无数”。
春秋战国末期（公元前221前左右）秦国蜀郡太守李冰在岷江中游修建了都江堰，闻名世界的防洪灌溉工程，消除了岷江水患，灌溉了大片土地，使成都平原成为沃野两千年来，一直造福于人类。
都江堰工程采取中流作堰的方法，把岷江水分为内江和外江，内江供灌溉，外江供分洪，这就控制了岷江急流，免除了水灾，灌溉了三百多万亩农田。
水力学
一填空1．静水内部任何一点的压强与作用面的方位，这是静水压强的第一特性。
2．过水断面的流量等于断面平均与过水断面的乘积。
3．通常所说的水力学三大基本方程是指恒定流情况下的方程，方程和方程。
4．求沿程水头损失应用达西公式的关键是决定值，应用谢才公式的关键是决定值。
5．压强的大小根据起量点的不同，用和相对压强来表示。
6. 单位体积液体所具有的质量称为该液体的，而单位体积液体所具有的重量称为该液体的。
7. 水力最优断面是希望所选定的横断面形状在通过已知流量时面积，或者是过水面积一定时通过的流量。
二绘制静水压力图（最后一个是绘制静水压力体）三名词解释1. 流线2. 均匀流3. 过水断面4. 测压管水头5. 水力半径6. 流管四计算题1. 如图1所示，一矩形断面平底的渠道，其宽度B为2.7m，河床在某断面处抬高h2为0.3m，抬高前的水深h为1.8m，抬高后水面降低h1为0.12m。
若水头损失为尾渠流速水头的一半，问流量Q等于多少？（12分）图1 图22.一薄壁孔口出流，孔口直径d为2cm，水箱水位恒定，孔口的作用水头H为2m，试确定：（1）孔口出流流量Q(L/s)；（2）此孔口外接圆柱形管嘴的流量Q n(L/s)；（3）管嘴收缩断面的真空度P v/γ (mH2O)。
（10分）3.矩形断面的排水沟，水深h为15cm，底宽b为20cm，流速v为0.15m/s，水温15℃（μ=1.139×10-6m2/s），试判别水流型态。
（6分）4如图2所示，水从封闭容器A经直径d为25mm，长度l为10m管道流入容器B。
容器A水面上的相对压强P1为2个大气压，H1为1m，H2为5m，局部阻力系数ξ进口为0.5，ξ阀门为4.0，ξ弯为0.3，ξ出口为1.0，沿程阻力系数λ为0.025，求通过的流量Q。
（12分）。
水力学
1水力学研究方法有三类，分别是理论分析法、实验法、数值计算法。
原型观测模型试验（两种试验方法）2静水压强的特性包括：垂直指向作用面，同一点处，静水压力各向等值。
3静水压力的计算方法有两种：解析法和图解法。
4非均匀流中，又可有渐变流和急变流。
5文丘里管由渐缩管、喉管、渐扩管三部分组成。
6水力学的三个定律有连续方程、能量方程、动量方程。
7水流阻力分两类，一类是沿程阻力，一类是局部阻力。
8有压管路按管路布设与其组成情况可分为简单管路和复杂管路。
9有压管路按水力计算方法可分为短管和长管两类。
10静水压力有两种，其一是压强，另一是总压力。
11水动力学研究的主要问题是流速和压强在流场中分布。
、直到1883年英国科学家雷诺所做的试验研究，才科学的阐明了水头损失的机理。
12明渠中的实际流速应控制在不冲容许流速与不淤容许流速。
13、静水压力的计算方法：解析法和图解法。
14、描述液体运动两种方法：拉格朗日法（跟踪法）（质点系法）单个质点一段时间迹线、欧拉法（拍照）（流场法）固定空间、断面、点某一时刻15、液流分类：1）恒定流和非恒定流 2）均匀流和非均匀流 3）有压流与无压流16、文丘里管—--总流能量方程应用，原理：利用压缩过水断面而引起局部压强变他，导出了流量与测管水头差的关系，使有压管道的流量测量大为简便。
17、毕托管----元流能量方程的应用（1）毕托管是一种点流量速的测量仪器。
（2）原理：ghpZpZgu AABBA2 2=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=γγ1、粘滞性：在运动状态下，液体所具有的抵抗剪切变形的能力。
2、质量力：作用于液体每一质量点，其大小与受作用液体质量成正比的力。
3、绝对压强：以绝对压强作为算零点的压强。
4、流量：单位时间内流经过水断面的液体体积，以Q表示。
5、绕流阻力：指和相对运动一致的流体作用在物体上的力，它是摩擦阻力与压差阻力之和。
6、有压管流：水沿管道做满管流动的水力现象。
水力学复习知识点
水力学复习知识点水力学是研究液体的运动和行为的学科，主要研究液体在管道中的流动、流体的力学性质以及与流体运动相关的现象。
下面将介绍水力学的一些重要知识点。
1.流体的性质：-流体的密度：单位体积流体的质量，通常用ρ表示。
-流体的粘度：流体阻止流动的性质，通常用μ表示。
-流体的压力：单位面积上流体对物体施加的作用力，通常用P表示。
2.流体静力学：- 流体压力：与深度有关，可以通过P = ρgh计算，其中ρ为液体密度，g为重力加速度，h为液体的高度。
-流体静力学定律：流体静力学定律包括帕斯卡定律、阿基米德原理和斯托克斯定律。
3.流体动力学：-流体的运动：流体可以分为层流和湍流。
层流是指流体的分子按照规则的、平行的和层层叠加的方式运动。
湍流是指流体的分子按照混乱无序的方式运动。
-流速：指流体在单位时间内通过其中一截面的体积，通常用v表示。
-流量：指流体在单位时间内通过其中一截面的质量，通常用Q表示，流量Q=Av，其中A为截面积。
-连续性方程：流体质量守恒定律，即当流体连续流动时，进出流体质量需要保持一致，表达式为A1v1=A2v2，其中A为截面积，v为流速。
- 能量守恒方程：描述了流体的能量转化和损失，表达式为P1 +0.5ρv1^2 + ρgh1 = P2 + 0.5ρv2^2 + ρgh2，其中P为压力，ρ为密度，v为流速，h为高度。
-流体动力学定律：主要包括伯努利定律、托利少定律和勒让德定律。
伯努利定律描述了流体在不同压力下的流动，托利少定律描述了流体在曲线壁面上的流动，勒让德定律描述了固体颗粒在流体中的运动。
4.管道流动：-管道流动类型：包括层流和湍流两种。
-管道流动速度分布：在层流中，流速沿半径方向呈线性分布；在湍流中，流速分布更复杂，通常是非线性的。
-管道流量与压力损失：管道流量与压力损失之间存在一定的关系，通常可以通过流体动力学定律来计算。
-管道流动的实际应用：管道流动广泛应用于供水、排水、油气输送管道等领域，对于基础设施建设和工程设计具有重要意义。
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中南大学网络教育课程考试
《水力学》试题
本人承诺：本试卷确为本人独立完成，若有违反愿意接受处理。
签名：______________
学号：____________________专业：__________________学习中心：_________________
一、填空题：本大题8个小题，11个空，每空2分，共22分。
请将答案填写在题中横线上。
1.应用牛顿内摩擦定律分析,当流体粘度一定时,影响流体的切应力大小的因素是________________。
2.已知当大气压强为2/95m kN ，则绝对压强为2/227m kN 时的相对压强为________________工程大气压，绝对压强为2/70m kN 时的真空度为_________________m 水柱。
3.如图所示为一分岔管路，已知两支管直径分别为cm d 201=和cm d 102=，若两支管的断面平均流速比
12
1=v v ，则两支管的流量比
2
1Q Q 为_________________。
(3题图) (5题图)
4.一圆管水流，直径d ＝2cm ，平均流速v ＝8cm/s ，运动粘性系数ν＝0.01cm 2
/s ，管长L ＝1000m ， 则Re ＝________________，h w ＝______________m 水柱。
5.如图所示的并联管路，已知两支管流量Q 1＞Q 2，则管路1与管路2的水头损失关系为h f 1_________h f 2， 单位时间内通过的液体总机械能损失关系为ρgQ 1h f 1____________ρgQ 2h f 2。
（填＞、＜、＝、≠等）
6.圆柱形外管嘴正常工作的两个条件是()d l 4~3=和____________________。
7.在明渠缓流中，断面比能e 的大小随水深的增加而____________________。
8.与实际渗流相比，渗流模型略去了________________________。
二、单项选择题：本大题10个小题，每小题3分，共30分。
在每小题列出的选项中，只有一项是正确的。
请将所选项前的字母填写在题后括号内
1.连续介质假设意味着 [ ] A.流体质点互相紧连 B.流体为理想无粘性 C.流体分子间有空隙 D.流体不可压缩
2.不可压缩流体恒定总流的连续性方程是 [ ] A.2211dA u dA u = B.2211A u A u = C.2211A v A v = D.2211dA v dA v =
3.圆管层流区的沿程摩阻系数λ与 [ ] A.雷诺数有关 B.管壁相对粗糙度有关 C.雷诺数和相对粗糙度有关 D.雷诺数和管长有关
4.孔口出流的基本公式为 [ ] A.02gH Q ϕ= B.02gH A Q = C.02gH A Q ε= D.02gH A Q μ=
5.两不同管径串联管道的正确计算公式是 [ ] A.21w w w h h h += B.21w w h h = C.12Q Q Q =+ D.21v v v ==
6.底宽b=2m ，水深h=1m 的矩形断面渠道，水力半径R 等于 [ ] A.0.5m B.1.0m C.1.5m D.2.0m
7.梯形断面渠道的宽深比是 [ ] A.过水断面的水面宽与水深之比 B.过水断面的水面宽与渠道开挖深度之比
C.过水断面的底宽与水深之比
D.渠道开挖顶宽与水深之比
8.若明渠均匀流为急流时，则（c 为干扰波波速） [ ] A.c v < B.1<r F C.k h h > D.k i i >
9.发生水跃的充分必要条件是 [ ] A.从层流过渡到紊流 B.从缓流过渡到急流 C.从急流过渡到缓流 D.从陡坡过渡到缓坡
10.渗透系数的单位是 [ ] A.m B.m/s C.2
m /s D.2
m /s
三、简答题：本大题2个小题，第1小题8分，第2小题7分，共15分。
1.试述液体静力学基本方程g
p z c
ρ+=及其各项的几何意义。
2.什么叫长管，什么叫短管？
四、作图题：本大题8分。
绘出图中圆柱曲面上的压力体图，标明压力的方向。
五、计算题：需要写出步骤，无计算步骤不得分。
本大题2个小题，共25分。
1.图中水自压力容器恒定出流。
设表压强M P kPa =170，h=3m ，管嘴直径m d 1.01=，m d 05.02=，不计水头损失，试求管嘴所受流体的水平作用力。
（11分）
2.有一浆砌块石矩形断面渠道，已知：流量Q=10m 3/s ，底宽b=5m, 粗糙系数n=0.017,底坡i=0.0003，当渠中水流为均匀流时，试用两种方法判别渠中的流动是急流还是缓流。
（14分）。